MCSおよびVS/UWS患者の覚醒と皮質意識ネットワーク間の混乱した相互作用：安静時の機能的イメージングの接続からの証拠

栄養状態または反応しない覚醒症候群（VS/UWS）の臨床患者は、明確な覚醒認識の解離を示します。このような解離の根底にある神経病理学的メカニズムは、あまり理解されていないままです。ここでは、内部および外部の認識をサポートする皮質ネットワークへの脳幹領域からの機能的な接続性が、低意識状態（MCS）およびVS/UWS患者でどのように破壊されるかを体系的に調べました。安静状態の機能イメージングは、23 MCS患者、31 VS/UWS患者、および20人の年齢が一致する健康な個人で実施されました。脳幹のすべてのボクセルベースの信号を使用して、覚醒の特定の領域を特定する階層クラスター分析を実施しました。ポンティンテグメントム領域（PTA）と尾側中脳領域は、健康な個人の内部および外部の意識をサポートし、覚醒での役割を確認する皮質ネットワークとのみの広範な接続を示す明確なクラスターを持続的に形成することがわかりました。PTAおよび尾側中脳領域から皮質認識サポートネットワークへの機能的接続性が、MCSおよびVS/UWS患者で大幅に減少したことを示しています。重要なことに、意識障害の臨床症状がMCSからVS/UWSに深くなると、機能的な接続性強度が大幅に低下し、VS/UWSのMCSの有意なつながりを提示しないことから広範囲にわたる負の接続に変化しました。さらに、PTAおよび尾側中脳領域から辺縁構造、脳幹領域、およびMCSおよびVS/UWS患者の小脳への接続性の増加が、以前の研究と一致して観察されました。これらの発見は、VS/UWS患者における長期にわたる覚醒解離の根底にあるニューラルネットワークメカニズムに関する重要な洞察を提供し、MCSおよびVS/UWS患者の臨床診断のために追加のニューロイメージングベースのバイオマーカーを提供します。

Clinical patients in a vegetative state or unresponsive wakefulness syndrome (VS/UWS) demonstrate distinct arousal-awareness dissociation; the neuropathological mechanisms underlying such dissociation remain poorly understood. Here, we systematically examined how functional connectivity from the brainstem areas regulating arousal to the cortical networks supporting internal and external awareness is disrupted in minimally conscious state (MCS) and VS/UWS patients. Resting-state functional imaging was conducted in 23 MCS patients, 31 VS/UWS patients, and 20 age-matched healthy individuals. A hierarchical cluster analysis was conducted using all voxel-based signals in the brainstem to identify the specific areas for arousal. We found that the pontine tegmentum area (PTA) and caudal midbrain area persistently formed a distinct cluster that exclusively showed extensive connections with the cortical networks supporting internal and external awareness in healthy individuals, confirming their role in arousal. We show that functional connectivity from the PTA and caudal midbrain area to the cortical-awareness-supporting networks were significantly reduced in MCS and VS/UWS patients; importantly, as the clinical symptoms of consciousness disorders deepen from MCS to VS/UWS, functional connectivity strength became significantly reduced, changing from presenting no significant connections in MCS to widespread negative connections in VS/UWS. Additionally, we observed increased connectivity from the PTA and caudal midbrain area to limbic structures, the brainstem areas, and the cerebellum in MCS and VS/UWS patients, consistent with prior studies. These findings offer important insights into the neural network mechanisms underlying the long-observed arousal-awareness dissociation in VS/UWS patients and provide additional neuroimaging-based biomarkers for the clinical diagnosis of MCS and VS/UWS patients.